Mitme parameetriga häälestatavad ülikiired kiudlaserid juhivad femtosekundilise biomeditsiinilise fotoonika paljusid esilekerkivaid valdkondi. Kuna tahkis-ultikiirete laserite puhul on raske sõltumatult häälestada kolme parameetrit – kesklainepikkust, kordussagedust ja impulsi laiust garanteeritud väljundimpulsi energiaga, siis femtosekundilises biomeditsiinilises fotoonikas kasutatakse tavaliselt optilise parameetriga impulss-selektiivseid ühekiulisi piiksuga impulssvõimendeid (pp-FCPA). võimendid (OPA-d) sõiduvalguse allikana. OPA keerulised ruumilised komponendid mõjutavad aga suuresti süsteemi kiirte kvaliteeti ja keskkonnakindlust ning tüütu rutiinne hooldus on väljaspool eluteadlaste teadmisi. Seetõttu töötasid autorid OPA tehnoloogia asendamiseks ja pp-FCPA süsteemi eeliste kasutamiseks välja superkontiinumi genereerimisel põhineva lainepikkusega häälestatava femtosekundi valgusallika.
Joonis 1 illustreerib kolme levinud meetodit superkontiinumi spektri genereerimiseks. Meetod 1 kasutab kõigi kiudude liitarhitektuuri, millel on kõige kompaktsem struktuur ja suurepärane keskkonnastabiilsus, kuid kiu kaudu edastatakse enamasti pikosekundilised laserid, mida tavaliselt leidub kaubanduslikes laserites. Meetod 2 kasutab titaansafiir-ostsillaatorite jaoks täiendava mittelineaarse lainepikkuse muundurina kaubanduslikku sulgurit koos kiu otsakatete ja režiimilaienditega, et toetada femtosekundiliste impulsside lainepikkuse teisendamist. Meetod 3 sarnaneb 2. meetodiga, kuid sisaldab kiudude eelistega pp-FPCA esiosa, ühendades suure energiaga femtosekundilise impulsi fotoonilise kristallkiu osaga, et tekitada koherentne superkontiinumi spekter. Seda kolmandat meetodit kasutavad autorid selles artiklis.
Siiski leiti, et superkontiinumi genereerimiseks kasutatav kiud on tavaliselt kahjustatud pärast umbes 100-tunnist kumulatiivset töötamist. Pöördumatu optiline kahjustus piirab oluliselt superkontiinumi allika eluiga. Seetõttu on vaja kindlaks määrata selle optilise kahjustuse põhimõte, et leida vahend sellest möödahiilimiseks. Kui fotokahjustused on põhjustatud õhus levivatest saasteainetest mitteülipuhtas ruumikeskkonnas ja/või suure tippvõimsuse ruumiline sidestus kiu otsapinnal, saab seda lahendada kaubanduslikult saadavate fotoonkristallkiudude otsakatete või kiu otsapinnas olevate konkreetsete avade kokkutõmbamisega. .
Tabelis 1 on loetletud kolm eksperimentaalset skeemi, mida autorid kasutasid optiliste kiudude kahjustusmehhanismi uurimiseks. Skeem 1 ühendas sisendimpulsi tsentraalse lainepikkusega 1030 nm, kordussagedusega 10 MHz ja impulsi laiusega 280 fs LMA-PM-15 kiu 25 cm lõiguga ning pärast korduvaid katseid leidis, et kiud oli kahjustatud pärast 100 ± 40 tundi kumulatiivset töötamist. Skeemil 2 kasutati erinevat ajamiallikat ja fotoonkristallkiudu, kuid kiu otspinnaga ühendatud tippvõimsustihedus jäi samaks kui skeemil 1. Skeemil 2 on aga fotokahjustused 10 ± 2 tunni jooksul. Optilise kahjustuse tekkimise koht nende kahe stsenaariumi puhul erineb: stsenaariumi 1 optiline kahjustus asub<10 cm from the incident end of the fiber, whereas the optical damage in scenario 2 is located <1 cm from the incident end of the fiber. This difference indicates that the cause of fiber damage is not air contaminants in the environment or the high peak power density at the time of coupling, and that optical damage cannot be avoided by fiber end caps. Upon analysis, this fiber damage can be explained by the optical waveguide theory of long-period fiber gratings (LPFG). When a pulse is coupled into the fiber, part of the energy enters the core while the other part is transmitted into the cladding. When the light from the core mode and the cladding mode interfere with each other and generate standing waves, an LPFG is written into the fiber. the shorter the period of the LPFG, the more periods are contained in the same fiber length, and the more easily the fiber is damaged.
Selle idee kontrollimiseks valisid autorid skeemil 3 LMA-PM-40-FUD kiu režiimivälja läbimõõduga 32 μm. LPFG perioodiks arvutati umbes 9 cm ja kiu pikkus 9 cm vähem kui üks tsükkel, seega kaob LPFG põhjustatud kiukahjustus teoreetiliselt. Eksperimentaalselt jääb skeemi 3 optiline süsteem stabiilseks ka pärast 2000 tundi kumulatiivset töötamist.
Joonisel 2 on kujutatud autorite poolt skeemi 3 alusel ehitatud mitmeparameetrilist häälestatavat femtosekundilist valgusallikat. Kogu valgusallikas koosneb pp-FCPA süsteemist, mille esiots on kordussagedusega häälestatav alates 1-10 MHz, ja fotoonkristallist kiud, mis väldib optilisi kahjustusi, mille põhjustab LPFG kui ülipidevat spektrit genereeriv üksus, st fiiber mittelineaarne muundur (FNWC). Pärast spektraalset laiendamist suunatakse impulsid programmeeritavasse impulsside kujundajasse. Konkreetse filtriakna ja dispersioonikompensatsiooni suuruse valimisega saab tsentraalset lainepikkust häälestada vahemikus 950-1110 nm ja impulsi laiust vahemikus 40-400 fs. Lisaks saab lõplikku väljundimpulssi edastada väikese dispersiooniga Kagome õõnsatuumalise kiudkaabli osaga, mis võimaldab seda valgusallikat hõlpsasti erinevate rakendusmoodulite vahel vahetada.
Kokkuvõttes on autorid välja töötanud usaldusväärse lisaseadme femtosekundiliste kiudlaserite jaoks, millel on sageduse, lainepikkuse ja impulsi laiuse osas märkimisväärne häälestatavus, mis selgitab ja summutab optilisi kahjustusi ühendatud kiudsüsteemis ning mille vastav integreeritud lasersüsteem on väga kõrge. stabiilne, lubades laiendada häälestatavate ülikiirete laserite rakendusi bioloogilistes ja meditsiinivaldkondades.
